小电流接地系统单相接地故障选线的研究毕业论文(33页).doc

《小电流接地系统单相接地故障选线的研究毕业论文(33页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小电流接地系统单相接地故障选线的研究毕业论文(33页).doc（33页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、-小电流接地系统单相接地故障选线的研究毕业论文-第 31 页论文小电流选线方法的分析研究申请人： 乔立学科（专业）：电力系统及其自动化指导教师：朱卫平2013年07月毕 业 设 计 (论 文) 任 务 书专业班级 1109电力系统及其自动化 层次 本科 姓名 乔立 学号 201108029502 一、毕业设计（论文）题目 小电流选线方法的分析研究 二、毕业设计（论文）工作自2013年06月21日起至2013年8月26日止三、毕业设计（论文）基本要求： 指导教师： 论文题目：小电流选线方法的分析研究摘要电流接地系统在提高供电可靠性上具有优越性，从而在我国的配电网中得到广泛应用。该系统发生单相接地

2、故障的机率最高，当小电流接地系统发生单相接地故障时，长时间的接地运行极易形成两点或多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，破坏系统的安全运行，因此如何快速准确的排除故障线路，对系统的运行具有重要的意义。但是由于单相接地故障产生的故障电流很小等诸多原因，单相接地故障选线问题一直没有得到很好的解决。本文针对这个问题开展研究工作，旨在发现现有选线方式存在的不足，进一步探索故障选线方法。作为研究工作的基础，首先本文系统地分析了小电流接地系统发生单相接地故障的特点，从暂态和稳态两方面研究了故障特征量在正常线路和故障线路上的差异，为本文的后期工作提供理论基础。在理论分析的基础上，对现有的选线方法进行了

3、简单的研究，分析了各种选线方法的局限性，总结了目前选线困难的主要原因。最后，指出了基于单一选线方法都具有其各自的局限性，应对各选线方法合理地进行综合，发挥各种选线方法之间的互补性，形成多判据的综合选线方法。本文对已提出的综合选线方法加以改进，以故障测度为基准，融合了零序电流群体比幅法、注入信号法、基于零序电流谐波畸变率特性选线法、暂态零序电流互积求和法、衰减直流分量选线法以及小波包分析选线法等六种选线方法，构造了一种基于模糊理论的多判据综合选线方法。对各种单一选线方法设定了故障测度隶属函数和各判据的权重系数隶属函数。根据系统结构以及多种故障特征量，通过模糊决策得到最终的选线结果。并对所改进的综

4、合选线方法进行了数字仿真，取得了预期的结果，证明了它的正确性、可靠性。最后，针对目前传统的选线方法只利用待测故障的故障信息选线，而没有利用到已有故障样本中含有大量对故障选线有利的信息，本文在基于对已有故障样本的故障信息分析的基础上，提出了利用灰关联分析对新的待测故障进行选线，建立了基于注入信号和小波包分解的灰关联分析故障选线方法。且通过大量的数字仿真实验，验证所建立的选线体系的可行性。关键词：小电流接地系统；故障选线；故障测度；信息融合：模糊理论；灰关联分析目录1 绪论 111本文的研究意义112国内外研究现状213本文的主要工作22小电流接地系统单相接地故障分析521电力系统中性点接地方式介

5、绍5211中性点不接地5212中性点经消弧线圈接地6213中性点经高阻接地722小电流接地系统单相接地故障基本特征7221中性点不接地系统单相接地故障特征7222中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障特征10223小电流接地系统单相接地故障的暂态分析113 选线方法分析及解决思路1531现有选线方法概述15311稳态选线方法15312暂态选线方法1732选线的误判问题1833选线的局限及解决思路19331选线局限性19332选线解决思路204 基于模糊理论的多判据综合选线方法2341信息融合与故障选线2342模糊理论2343故障测度和判据权重系数2544基于模糊理论的多判据综合选线体系25441

6、多种单一判据的选取25442故障测度隶属函数和权重系数隶属函数的建立264.5仿真及数据分析29451仿真模型的建立29452中性点不接地系统故障仿真及数据分295 基于灰关联分析的故障选线方法3151灰关联分析理论3152基于灰关联分析的故障选线方法3153本章小结326 结论与展望33致 谢35参考文献36 3.3.1在每一章的末尾插入下一章的MathType的章标记（打印前将其字体颜色变为白色，1 绪 论11本文的研究意义小电流接地系统即中性点非直接接地系统，它包括中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统(也称谐振接地系统)和经高阻接地系统。由于历史原因和具体条件不同，各个国家的电网中性点处

7、理方式不尽相同，甚至在同一国家、同一地区的同一电压也有不同接地方式并存现象。在我国366kV中低压配电网系统一般采用中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统。在配电网系统中，单相接地故障率最高，约占配电网故障的80以上。由于在小电流接地系统中发生单相接地故障时不形成短路回路，只在系统中产生很小的零序电流，三相线电压依然对称，不影响系统正常工作，我国电力规程规定，小电流接地系统可带单相接地故障继续运行12小时。这样能够提高供电的持续性和可靠性，这是小电流接地系统的突出优点。12国内外研究现状国外对小电流接地保护的处理方式各不相同。前苏联采用中性点不接地方式和经消弧线圈接地方式，保护主要采用零序功率方

8、向原理和首半波原理。日本采用高电阻接地方式和不接地方式，但电阻接地方式居多，其选线原理较为简单，不接地系统主要采用功率方向继电器，电阻接地系统采用零序过电流保护瞬间切除故障线路。近年来一些国家在如何获取零序电流信号及接地点分区段方面做了不少工作并己将人工神经网络应用于接地保护。美国电网中性点主要采用电阻接地方式，利用零序过电流保瞬间切除故障线路，但故障跳闸仅用于中性点经低阻接地系统；对高阻接地系统，接地时仅有报警功能。法国过去以电阻接地方式居多，利用零序过电流原理实现接地故障保护，随着城市电缆线路的不断投入，电容电流迅速增大，已开始采用自动调谐的消弧线圈以补偿电容电流，并为解决此种系统的接地选

9、线问题，提出了零序导纳法接地保护以及DESIR法。挪威一公司采用测量零序电压与零序电流空间电场与磁场相位的方法，研制了一种悬挂式接地故障指示器，分段悬挂在线路和分叉点上。加拿大一公司研制的微机式接地故障继电器也采用了零序过电流的保护原理，其软件算法部分采用了沃尔什函数。在我国366kV中低压配电网系统均采用小电流接地系统，期中大多数是中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统。因为，我国十分重视小电流系统单相接地保护原理和装置的研究，单相接地保护原理研究始于1958年，保护方案从零序过电流到无功方向保护，从基波方案发展到五次谐波方案，从步进式继电器到群体式比幅比相，以及首半波方案，先后推出了几代产品

10、，如许昌继电器厂的ZD系列产品，北京自动化设备厂的XJD系列产品，中国矿业大学的u P一1型微机检漏装置和华北电力大学研制的系列微机选线装置，邯山电力自动化研究所研制的LH一02F分散式小电流接地微机选线装置(针对经消弧线圈接地推出)，山东工业大学研制的基于S注入法TY01、TY-02型微机选线装置等。90年代至今，又先后推出了“有功功率法，“小波分析法，“接地残流增量法等原理的选线装置，并开始进行人工将神经网络及专家系统方法应用于保护的理论研究。13本文的主要工作在电力系统中小电流接地系统单相接地故障选线是一个长期以来公认的技术难点，一方面随着配电网结构的复杂化以及消弧线圈的投入使用，另一方

11、面随着科技水平的发展及供电质量要求的提高，原有的小电流接地系统中单相接地故障选线的方法已不能满足要求。为了适用配电网自动化的发展水平，迫切需要研究高精度的故障选线方法，以便快速查找、排除故障、缩短停电时间和保证供电质量。为此，本文将致力于以下几个方面的工作：(1)广泛吸收国内外相关研究成果，分析小电流接地系统单相故障时的故障特征，包括稳态量和暂态量。讨论了目前已经存在的各种选线方法的基本原理和局限性，分析了目前故障选线困难的原因，在此基础上提出本文选线的方向。(2)对近几年提出的基于模糊理论的多判据综合选线方法做了迸一步的改进。融合了零序电流群体比幅法、注入信号法、基于零序电流谐波畸变率特性选

12、线法、暂态零序电流互积求和法、衰减直流分量选线法以及小波包分析选线法等六种选线方法，对各种单一选线方法设定了故障测度隶属函数和各判据的权重系数隶属函数。根据系统结构以及多种故障特征量，通过模糊决策得到最终的选线结果。2 (3)针对目前传统的选线方法只利用待测故障的故障信息选线，而没有利用到已有故障样本中含有大量对故障选线有利的信息，本文在基于对已有故障样本的故障信息分析的基础上，提出了利用灰关联分析对新的待测故障进行选线，建立了基于注入信号和小波包分解的灰关联分析的故障选线方法。小电流接地系统单相接地故障分析为了保证配电网连续和可靠供电，单相接地故障发生后需要及时识别出故障线路，并进行故障处理

13、，为此首先应该对小电流接地系统单相接地故障时的故障特征有清晰的认识，在此基础上形成有效的选线判据。本章详细地分析了小电流接地系统发生单相接地故障时故障电流的稳态量和暂态量特征，为选线判据的提出提供了理论依据。21电力系统中性点接地方式介绍电力系统的中性点是指星形连接的变压器或发电机的中性点。这些中性点的运行方式是个复杂的综合性的技术问题，它关系到绝缘水平、继电保护、电压等级和系统稳定等很多方面。电力系统中性点有多种接地方式，常见的有：中性点直接接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈(又称为谐振接地)、中性点经电阻接地。其中，中性点经电阻接地方式，按照接地电流大小又分为高阻接地和低阻接地。我国GB

14、T47761984电气安全名词术语标准中，将上述四种中性点接地方式归纳为两大类：(1)中性点有效接地系统(system with effectively earthed neutral)：中性点直接接地或经一低阻抗接地。通常其零序电抗X。与正序电抗X。的比值小于或等于3，零序电阻RO与正序电抗Xl的比值小于或等于l。这种接地系统中性点接地阻抗小，当发生单相接地故障时，故障回路中将留过很大的短路电流，要求保护装置立即动作，线路终止供电，所以此类系统又称为大电流接地系统。(2)中性点非有效接地系统(system with noneffectivelv earthedneutral)：中性点不接地，

15、或经一高阻抗接地或谐振接地的系统。通常系统的零序电抗X。与正序电抗X。的比值大于3，零序电阻凡与正序电抗X。的比值大于1。此类系统由于中性点接地阻抗非常打，发生单相接地故障时故障电流很小，所以又称为小电流接地系统。在我国，通常采用的方式有以下几种：(1)1lOkV及以上电压等级的电力系统采用直接接地方式。(2)35kV、66kV电压等级的电力系统采用不接地方式或谐振接地方式。(3)lOkV、6kV电压等级以及3kV电压等级的电力系统常采用不接地方式。以下详细讨论中性点非有效接地系统，即小电流接地系统。211中性点不接地中性点不接地方式的优点是结构简单，运行方便，不需任何附加设备，若是瞬时故障，

16、一般能自动熄弧，非故障相电压升高不大，不会破坏系统的对称性，单相接地电流较小，单相接地不形成短路回路，运行中可允许单相接地故障存在一段时间，电力系统安全运行规程规定可继续运行1-2个小时，从而获得排除故障时间，若是由于雷击引起的绝缘闪络，则绝缘可能自行恢复，相对地提高了供电的可靠性。中性点不接地系统最大的优点在于，当线路不太长时能自动消除单相接地故障，而不需要跳闸。中性点不接地方式的缺点是因其中性点是绝缘的，电网对地电容中储存的能量没有释放通路。在发生弧光接地时，由于对地电容中的能量不能释放，造成电压升高，从而产生弧光接地过电压或谐振过电压，其值可达很高的倍数，对设备绝缘造成威胁。此外，由于电

17、网存在电容和电感元件，在一定条件下，因倒闸操作或故障，容易引发线性谐振或铁磁谐振，这时馈线较短的电网会激发高频谐振，产生较高谐振过电压，导致电压互感器击穿。对馈线较长的电网却易激发起分频铁磁谐振，在分频谐振时，电压互感器呈较小阻抗，其通过电流将成倍增加，引起熔丝熔断或电压互感器过热而损坏。212中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地通常称为谐振接地，消弧线圈消弧的原理是：(1)消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流，使故障点的接地电流变为数值显著减小的残余电流，所以残流过流时电弧就容易熄灭。(2)由于消弧线圈的作用，降低了恢复电压的初速度，延长了故障相电压的恢复时间，并限制了恢复电压的最

18、大值，从而可以避免接地电弧的重燃，达到彻底消弧的目的。我国电力行业标准规定：“对3kV-lOkV钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路当单相接地故障电容电流超过10A，3kV10kV电缆线路当单相接地故障电容电流超过30A，又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式”。中性点经消弧线圈接地方式的优点是：在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行12小时。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A时，利用消弧线圈的电感电流补偿配电网的电容电流，使接地点残流减小，故障相接地电弧的恢复电压上升一速度降低，以致电弧能够自

19、行熄灭，从而提高配电网的供电可靠性。另外，中性点经消弧线圈接地系统还具有人身设备安全性好、电磁兼容性强和运行维护工作量小等一系列优点。213中性点经高阻接地中性点经高值电阻接地电网有以下优点：基本上消除了产生间歇电弧过电压的可能性，由于健全相过电压降低，产生异地两相接地的可能性也随之减少；单相接地时电容充电的暂态过电流受到抑制；使故障线路的自动检出较易实现；能抑制谐振过电压。这种接地方式看上去与消弧线圈接地方式相似，但性质不同，消弧线圈是接近于开路的纯感性元件，感性电流与容性电流相位差180o，对电容电流起补偿作用；而经高电阻接地方式以电阻为主，与容性电流接近90o的相位差，接地电流是容性电流

20、和电阻性电流的相量和。因此我们可以看出经高电阻接地方式具有经消弧线圈接地方式所没有的优点，由于接地电流中有较大的电阻分量，它对谐振有明显的阻尼和加速衰减作用；同时能可靠的避免出现谐振条件，还可以有效的抑制电压互感器铁磁谐振，这对保证发电机的绝缘安全是非常重要的；另外这种方式可以快速的选出接地相，使保护动作、示警。但是在中性点为高电阻接地方式的情况下，为使接地电弧瞬时熄灭，一般说来单相接地电流应不大于1OA，所以适用范围受到限制，只宜在规模较小的lOkV及以下电网中应用。当接地电容电流超过限定值后，此种接地方式不。再适用，而需要变为其它接地方式了。可见，中性点经高阻接地方式还不如中性点不接地方式

21、方便。22小电流接地系统单相接地故障基本特征在我国配电网中大部分采用中性点不接地或经消弧线圈接地系统，所以在这里重点分析小电流接地系统中的中性点不接地和经消弧线圈接地系统的单相接地故障特征。221中性点不接地系统单相接地故障特征在电网中，电源的三相电动势相等。为了简便起见，不计电源内部的电压降和线路上的电压降，电源每相电动势的有效值等于电网正常工作时的相电压U，电源两相电动势之差等于电网的线电压。图2-1中性点不接地电网单相接地电容电流分布图在正常运行情况下，各线路对地电容基本相同，中性点电压为零。如果发生单相接地故障，三相对地通路的对称性遭到破坏，由于中性点悬空，一相接地后中性点电位将发生偏

22、移，导致其他两相对地电压升高。特别是当发生单相金属性接地故障时，该相对地电压将降为零，中性点电位将升为相电压，其它两相电压会升高到原来的倍，即为线电压，电网中将出现零序电压。如图22所示为线路中A相发生金属性接地时的各相电压电流矢量图。图2-2 A相接地的矢量图由矢量图22 可以得出：中性点电压上UN升为相电压(一EA)，A、B、C三相对地电压为：故障相(A相)对地电压为零：非故障相(B、C相)对地电压比正常相电压升高倍即电网线电压；电网出现零序电压：即等于电网正常工作时的相电压；线电压仍然保持对称。对于非故障线路I来说，其三相电容电流各为：式中：分别是线路I中的A、B、c各相的对地电容电流：

23、分别是故障电网中的A相和B相对地电压，为电网的角赔率(=2f)，为线路的单相对地电容。因此，非故障线路I的基波零序电流为：式中：为线路I的基波零序电流：为中性点的零序电压。由式(2-8)可知，非故障线路I的零序电流的大小等于该线路本身对地电容电流，方向由母线流向线路，相位超前零序电压90o。同理，非故障线路II的基波零序电流为：如果电网中有更多线路，非故障线路的基波零序电流特一陀以此类推。对于故障线路III来说，接地电流为：非故障相的电容电流仍然用同样的方法求得，只是故障相线路的电容电流不再为零。此时，三相的电容电流值分别是：故障线路III的基波零序电流为：式(215)表明故障线路的零序电流大

24、小等于所有非故障线路零序电流的相量和，方向由线路流向母线。相位与非故障线路零序电流的相反，滞后于零序电压90o。当系统为非金属性接地时，设有过渡电阻尺，这时各线路零序电压、电流的幅值大小受母的影响；故障线路与非故障线路的零序电压和零序电流相位关系仍与无过渡电阻时相同。总结以上分析中性点不接地系统发生单相接地故障时的结果，可以得出如下结论：(1)在发生单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，全系统出现零序电压，它的大小等于电网正常时的相电压。(2)在非故障线路上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，方向由母线流向线路，相位超前零序电压90度。(3)在故障线路上，零序电

25、流为全系统所有非故障线路的零序电流的相量和，数值一般较大，方向由线路流向母线，相位与非故障线路零序电流的相反，滞后于零序电压90度。(4)接地故障处的电流大小等于所有线路的接地电容电流的总和，并超自订零序电压90度。222中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障特征故障线路零序电流的大小和方向也随之改变。根据对电容电流补偿程度的不同，即补偿度P的大小，可分为以下三种不同的补偿方式：(1)全补偿如果三相对地电容不相等或断路器三相不同期合闸时，出现的零序电压在串联谐振回路中产生很大的电流，此电流在消弧线圈上会产生很大的压降，使电源中性点的电压大大升高，造成设备的绝缘损坏，因而不宜采用这种补偿方式。(2

26、)欠补偿采用这种补偿方式时，补偿后的接地点电流是容性的。它的缺点在于系统运行方式改变时，例如某些线路因检修或跳闸退出运行时，系统的电容电流会减少，以至有可能成为完全补偿而出现危险的过电压。因此，这种补偿方式也很少采用。(3)过补偿它没有发生上述过电压的危险，因而得到了广泛的应用，一般选择过补偿度值为P=(510)。采用过补偿以后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流，它与零序电压的相位关系和非故障线路电容电流与零序电压的相位关系相同，数值也和非故障线路的容性电流相差无几，因此不接地系统中常用的零序电流选线原理和零序功率方向选线原理显然已不能采用。总结以上分析中性点经消弧线圈接地系统

27、发生单相接地故障时的结果，可以得出如下结论：(1)在发牛单相接地时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，全系统出现零序电压，它的大小等于电网正常时的相电压。(2)消弧线圈二端的电压为零序电压，消弧线圈的电流也经过接地故障点和故障线路的故障相，但它不通过非故障线路。(3)接地故障点残余电流的大小等于补偿度与电网接地电容电流的乘积，它滞后于零序电压90。并且残余电流的数值很小。(4)在非故障线路上有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，方向由母线流向线路，相位超前零序电压90。(5)在过补偿的情况下，故障线路上的零序电流的大小等于残余电流与本线路接地电容电流之和，方向由母线流向线

28、路，其相位也超前零序电压90度。223小电流接地系统单相接地故障的暂态分析以上所讨论的都是在稳态情况下故障点电容电流的分布，由上分析可知稳态故障分量数值小，难以准确选出故障线路，于是人们把目光投向了故障后的暂态分量，当生发单相接地故障时，接地电容电流的暂态分量可能较其稳态值大很多倍。当中性点经消弧线圈接地电网发生单相接地故障的瞬间，可利用图2-2所示的等效电路来分析暂态电容电流和暂态电感电流。图中C表示电网的三相对地总电容；Lo表示三相线路和变压器等在零序回路中的等值电感；L表示为消弧线圈的集中电感；rL表示消弧线圈的有功损耗电阻；Ro表示零序回路中的等值电阻(包括导线电阻、大地电阻以及故障点

29、的接地电阻)；Uo为零序电源电压。图2-2暂态过程的等效网络(1)暂态电容电流在分析电容电流的暂态特性时，因其自由振荡频率一般都比较高，考虑到消弧线圈的集中电感LLO，实际上它不影响电容电流分量的计算，因而L和rL可以忽略不计。决定回路自由振荡衰减的电阻值，应为接地电流沿途的总电阻值，它包括导线电阻、大地电阻以及故障点的接地电阻。这样利用Lo、C、Ro组成的串联回路和作用于其上的零序电压，就可以确定暂态的电容电流ic。因为通常架空线路的波阻抗为250500，同时，故障点的接地电阻一般特性，其只有振荡频率一般为3001500Hz。电缆线路的电感比架空线路小，而对地电容去较后者要大许多倍，故电容电

30、流暂态过程的振荡频率很高，持续时间很短，其自由振荡频率一般为15003000Hz。暂态电容电流ic。是由暂态自由振荡分量和稳态工频分量两部分组成的，若系统的运行方式不变，则c为一常数。当c较大时，自由振荡衰减较慢；反之，则衰减较快。(2)暂态电感电流消弧线圈的电感电流是由暂态的直流分量和稳态的交流分量组成的。暂态过程的振荡角频率与电源的角频率相等，且其幅值与接地瞬间电源电压的相角有关。同时理论分析表明，电感电流暂态过程长短与接地电压相角、铁心的饱和程度有关。(3)暂态接地电流暂态接地电流由暂态电容电流和暂态电感电流叠加而成，其特征随两者的具体情况而定。从上面分析可知，虽然两者的最大幅值相差不大

31、，但是频率却差别悬殊，故两者不可能互相补偿。在暂态过程的初始阶段，暂态接地电流的特性主要由暂态电容电流的特征所决定。为了平衡暂态电感电流中的直流分量，于是暂态接地电流中便产生了与之大小相等、方向相反的直流分量，它虽然不会改变首半波的极性，但对于幅值却能带来明显的影响。由以上(1)、(2)和(3)分析可知，当单相接地故障发生后，在故障点便有衰减很快的暂态电容电流和衰减较慢的暂态电感电流流过。不论电网中性点为谐振接地或不接地方式，暂态接地电流的幅值和频率均主要由暂态电容电流所确定，其幅值均和初始相角有关。暂态接地电流的幅值虽然很大，但是持续时间很短，约为0510个工频周期。至于暂态过程中的电感电流

32、，其直流分量的初始值与初始相角、铁心的饱和程度均有关。暂念电感电流的频率和工频相等，持续时间一般可达23个工频周波，为了平衡该直流分量，接地电流中也伴随产生大小相等、方向相反的直流分量，它只增大暂态接地电流的幅值。小电流接地系统单相接地故障时暂念零序电流分量有以下特点：(1)线路故障时，所有非故障线路的零序电流的方向相同，从母线流向线路，它们与故障线路的零序电流方向相反，且故障线路的暂态零序电流的幅值较非故障线路大。(2)暂态电流的数值较稳态值大很多，且持续时间短，约为0510个工频周波。由暂态过程的分析可知，小电流接地电网出现单相接地故障时，其暂态过程存在着丰富的故障信息，又因为故障时的暂态

33、过程不受接地方式的影响，即中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统故障时的暂态过程基本是相同的，因此，暂态分量在故障检测中有着非常重要的意义。3 选线方法分析及解决思路近年来，开发了各种不同原理的选线装置用于小电流接地系统单相接地故障选线，取得了一定的成就。但是随着配电网结构的越来越复杂以及消弧线圈的投入使用，选线的难度也越来越大，已上马的各种装置在一定程度上已不能适用于电网的发展。本章将详细讨论常用的几种选线方法，分析各方法的原理、适用性以及可靠性等，结合现已投入的选线装置，总结选线困难的主要原因，最后阐述了本文中小电流接地选线的解决思路。31现有选线方法概述按照利用信号的稳态分量和暂态分

34、量，选线方法可分为稳态选线和暂态选线两大类，这里讨论其中应用比较广泛的一些选线方法：311稳态选线方法(1)稳态零序电流比较法当中性点不接地系统发生单相接地故障时，留过故障元件的零序电流其数值等于全系统非故障元件的对地电容电流之和，即故障线路上的零序电流最大，且故障线路的零序电流方向与所有非故障线路零序电流方向相反。通过零序电流的幅值和相位的比较可以找出故障线路。由于谐振接地系统中消弧线圈对零序电流的补偿作用，使得该方法不适用于谐振接地电网，而且受到电流互感器不平衡电流的影响；受线路长短、系统运行方式及过渡电阻大小的影响。同时，由于小电流接地故障往往伴随有间歇性拉弧现象，没有稳定的接地电流，可

35、能造成选线失败。(2)谐波法由于故障点、消弧线圈、变压器等电气设备的非线性影响，故障电流中存在着谐波信号，其中以五次谐波分量为主，且在谐振电网中的消弧线圈是按照基波整定的，故可忽略消弧线圈对五次谐波产生的补偿效果，再根据零序电流五次谐波分量在谐振接地系统中有着与中性点不接地系统中的零序电流基波相同的特点，再利用前述零序电流幅值、相位比较法的原理，即可解决谐振接地系统的选线问题。为进一步提高灵敏度，也可将各线路的3、5、7次等谐波分量的平方求和后进行幅值比较，幅值最大的线路即为故障线路。但是，由于故障产生的谐波电流不仅取决于系统中有无谐波源以及谐波源的大小，还与故障位置有着密切的关系，故障电流中

36、的谐波含量幅值较少(一般小于故障电流的10)且不稳定。电流互感器不平衡电流和过度电阻大小仍然会影响选线的精度，同时，其易受弧光接地故障和问歇性接地故障影响，检测灵敏度低，实际应用效果不太理想。(3)能量法利用接地后零序电流和电压构成能量函数。非故障线路的能量函数总是大于零，消弧线圈的能量函数与非故障线路极性相同，网络上的能量都是通过故障线路传送给非故障线路的，因此故障线路的能量函数总是小于零，且其绝对值等于其他线路(包括消弧线圈)能量函数的总和。通常比较能量函数的方向和大小可判别接地线路。由于零序能量函数同时存在电感能量和电容能量，并且电感和电容之间存在能量交换，系统的能量不会释放完。因此能量

37、函数不能完全反应线路由于故障产生的能量关系。(4)有功分量法电网的线路及消弧线圈存在对地电导，故障电流中含有有功分量。非故障线路消弧线圈产生的有功分量方向相同且都经过故障点返回，因此，可以利用故障线路有功分量比非故障线路有功分量大且方向相反的特点选出故障线路。对于中性点不接地系统，该选线原理实质上是零序功率方向法的延伸，但结果上述处理后，相当于将原有的零序电压、零序电流的比相范围从原有的90o扩大到180o，从而创造更好的选线条件。为避免零序电压互感器误差的影响，目前最新提出了一种有功分量法的改进方法，称为DESIR法。首先，将所有馈线的零序电流相加得到一个电流相量，它实际上是由接地点返回的消

38、弧线圈电流。以超前厶且与其垂直的相量作为参考相量，它的方向大致与故障线路零序电流中有功电流一致，因此，故障线路零序电流在该参考相量上的投影极性为J下，且幅值最大；而对于非故障线路来说，零序电流有功分量与相量方向相反，在参考相量上的投影为负，且幅值较小。据此可检测出故障线路。由于非故障线路和消弧线圈产生的有功电流较小(一般也小于故障电流的10)，而故障点产乍的有关电流又不能被检测，故障电流中有功分最非常小。同时其易受弧光接地故障、间歇性接地故障及三相参数不平衡的影响，可靠性得不到保障。(5)残流增量法在谐振接地系统中，自动调谐消弧线圈已逐步取代了传统的手动调谐消弧线圈。接地故障后，自动调谐消弧线

39、圈可处于最佳补偿状态，有利于故障熄弧。残留增量法原理利用自动调谐消弧线圈补偿度改变，或阻尼电阻投切前后各出现零序电流的变化选择故障线路。随调谐方式消弧线圈正常时远离谐振点，故障后迅速调整到最佳补偿位置；预调谐方式消弧线圈正常运行时联接的阻尼电阻故障后必须立即切除，上述方法均可引起线路电流的变化。对于金属性接地故障，电流的变化仅体现在故障线路中，而对于存在一定过渡电阻的故障，各条出线零序电流均有变化，但故障线路变化最大。据此可确定故障线路。目前，大多数自动调谐的消弧线圈均可实现残流增量选线。由于消弧线圈带负荷调谐的制约及对系统安全的考虑，故障点残流电流的改变量较小，一般在数安培到十安培之间。而根

40、据消弧线圈调谐方式的不同，残流改变的时间一般在数秒到数分钟不等。为了避免直接带负荷调谐可能给消弧线圈带来的冲击和损伤，也可通过也消弧线圈并联或串联选线用电阻或电感的方式实现残流增量。残流增量相对于故障电流中的谐波分量和有功分量，失谐度改变或阻抗投切引起的电流变化较大，且利用相对变化量的方法在稳定接地故障时可以较为准确地提取所需要的信息，但是受弧光接地故障和间歇性接地故障对电流增量的影响比较大，在较为复杂的故障面前，可靠性得不到保障。此外，改变消弧线圈的补偿度等附加的操作增加了电网的安全隐患。3.12暂态选线方法(1)暂态零序电流比较法小电流接地系统单相接地故障大部分情况下是发生在电压接近峰值时

41、，故障相电容放电及非故障相电容充电会产生很明显的暂态过程。故障线路暂态零序电流主频率在3003000Hz之间，幅值是稳态电流的几倍到几十倍，无论中性点在何种接地方式下，健全线路暂态零序电流的大小与本线路对地电容的大小成正比，而故障线路零序电流暂态分量等于所有非故障线路暂态零序电流之和，且方向相反。这于中性点不接地系统中稳态零序电流特性相同。根据次特征，可选出故障线路。暂态零序电流比较法具有简单、易于实现的优点，但从理论上分析并不是很严格，用于实际选线有可能出现误判。应用暂态分量选线，自然会遇到选择数据时间窗口的问题。如果时间窗口选得过小，信号利用不充分，影响检测灵敏度及抗干扰能力；反之，窗口选

42、得过长，则信号中稳态分量作用变大，受消弧线圈电流的影响，可能造成选线失败。其次，故障暂态信号包含从直流到数千赫兹的频率分量，其中包含支持上述选线原理的“正确”分量，也同时包含不支持选线原理的“错误分量。因此，暂态零序电流比较法的选线结果的可靠性不高，容易出现误选情况。(2)首半波法首半波原理是基于单相接地故障发生在故障相电压接近最大值附近这一假设条件，因为电力系统中单相接地有相当一部分是在雷击或者相电压峰值附近的情况下发生单相接地短路的。此时故障相电容电荷通过故障相线路向故障点放电，故障线路分布电容和分布电感具有衰减振荡特性，该电流不经过消弧线圈，所以暂态电感电流的最大值相应于接地故障发生在相

43、电压经过零瞬间，而故障发生在相电压接近于最大值的瞬间时，暂态电感电流为零。此时的暂态电容电流比暂态电感电流大得多，不论是不接地系统还是经消弧线圈接地系统，故障发生瞬间的暂态过程近似相同。若过渡电阻数值不大时，故障后短时间内，存在周期衰减的过渡电流，次过渡电流问稳态零序电流大得多，且在故障后第一个半波时，过渡电流达到最大值。对于配电网暂态零序电流和零序电压的首半波之间还存在着固定的相位关系，在故障线路上两者极性相反，在非故障线路上两者极性相同。由这些幅值和方向的特性即可选出故障线路。但在，当线路在故障相电压接近于零瞬间发生单相接地故障时，在首半波时线路中的暂态电流数值并不大；当过渡电阻数值较大时

44、，系统中不会产生周期性时间衰减的过渡电流，同样也达不到首半波零序电流数值最大的要求，所以首半波法选线存在较大的工作死区。32选线的误判问题小电流接地系统发生单相接地以后，由于故障特征不明显，使得迅速准确地认定接地回路有很大难度。小电流接地系统单相接地故障选线，一直是继电保护领域未能彻底解决的一个难题。结合保护原理以及现场装置的应用，选线之所以难以解决，大致有以下主要原因：(1)每种原理都有一定的局限性，都有一个适用范围，普遍适用方法很难找到。以上各个方案均具有一定的可行性，但是它们都存在个各自使用局限性和动作死区。暂态分量法对采样频率要求很高，并且当故障发生在相电压过零点瞬间失效；稳态分量无法

45、检测瞬时性接地故障；谐波分量由于信号微弱及易受负荷干扰而造成误选；功率及能量法易受到系统运行方式和零序电流电压幅值的影响；而注入法也易受到干扰而出现误判。(2)故障情况复杂，随机性强，难以用单一模型描述。可能是稳定型故障或断续型故障，可能是电阻型故障或电弧型故障；故障过渡电阻大小变化多样，及其故障相角都不确定。故障点过渡电阻一般较小，此时产生相对较大的故障特征信号，但是当故障点过渡电阻较大时，产生的故障特征信号的很小。当接地故障发生在相电压峰值附近，可以产生明显的暂态电流，但是故障也可能发生在相电压过零附近，此时故障零序电流中的高频暂态量很小，对基于暂态故障量选线带来不利影响。总之，在故障状况

46、不同的时候，产生的故障量在数值上、变化规律上相差悬殊，这给选线带来很大的困难。(3)故障稳态分量小，给信号的检测和选线判断造成困难。特别上经消弧线圈接地系统，流过故障线路的故障稳态电流十分微弱，甚至比健全线路感受到的电流变化还小。故障信号叠加在负荷电流上，稳态幅值小，现有电流互感器很难准确检测出，而且环境电磁干扰相对较大，加上零序回路对高次谐波及各种暂态量的放大作用，使得检测出的故障稳态分量信噪比非常低，从而给选线带来极大的难度。(4)影响小电流接地系统故障选线准确性和可靠性的配电网系统自身因素很多：线路长短、系统结构及三相不平衡电流的影响。小电流接地系统单相接地故障电流由线路对地电容产生，线

47、路对地电容与线路的长短和系统结构密切相关，且故障点离母线距离不确定，这就给利用零序电流等故障特征选线带来不利影响。另外三相不平衡也会产生零序电流，这样，更加剧了选线的困难。消弧线圈的影响。随着配电网容量的越来越大，大量消弧线圈将投入使用。电网的容量、及结构在随时发生变化，这就对消弧线圈的自动跟踪补偿能力提出了更高的要求。而消弧线圈的补偿与故障选线有着密切的关系，从而给选线带来了新的困难。(5)电压互感器和电流互感器特性的影响：实际中的电流互感器与理想的不同，存在励磁损耗电流，所以一次线圈和二次线圈的安匝数不相等，并且一次电流和二次电流的相位不相同。因此，实际的电流互感器通常有大小和相位上的误差。这样会给故障特征量的提取带来失真。与电流互感器相似，电压互感器由于其传变特性不一致，也存在电压大小和相角的误差。且作为启动条件必须通过并联在母线上的电压互感器得到，电压互感器的铁磁谐振现象会对选线造成大干扰。(6)小电流选线装置未作为继电保护装置对待H引，不论是从设计制造工艺还是从应用上讲，小电流选线装置一直被认为是一个检测装置，由于它的运行好坏不直接对系统的安全运行造成影响，因此未引起足够的重视，对小电流选线装置没